Современные видеоформаты

Особенностью системы NTSC является то, что информация о  цветности передается не в системе  координат ER-Y и EB-Y, а в системе EI и EQ, развернутой относительно ER-Y и EB-Y на 33°. Одновременно с этим применяется  компрессия по амплитуде (специальные  коэффициенты).

Кроме того, полосы пропускания  для сигналов EI и EQ выбраны различными — таким образом, разработчиками учитывается тот факт, что человеческий глаз различает мелкие сине-зелёные детали хуже, чем красные. Для сигнала EI ширина полосы пропускания — 1,3 МГц, для EQ — 0,6 МГц. Значения частот строк и полей, в чёрно-белом стандарте М составлявшие 15750 и 60 Гц, были изменены, для того, чтобы поднесущая звукового сопровождения стала точной 286-й гармоникой частоты строк. Это пришлось сделать потому, что иначе биения между поднесущими звука (4,5 МГц) и цвета (3,58 МГц) создавали крупноструктурную хорошо видимую помеху в виде перемещавшихся по экрану тёмных и светлых «волн». После изменения частота строк равна приблизительно 15734 Гц, а кадров — 59,94 Гц. «Волны» от этого, в принципе, не исчезли, но перестали перемещаться по экрану, и стали от этого практически незаметны.

Технические особенности:

• частота смены полей (полукадров) — 60 Гц (точнее 59,940 059 94 Гц);
• количество строк (разрешение) — 525, из них образующих видимый растр — 486;
• частота поднесущей — 3 579 545,5 Гц.
• количество кадров в секунду — 30.
• развертка луча чересстрочная (интерлейсинг).

NTSC принята в качестве  стандартной системы цветного  телевидения в США, Канаде, Мексике,  Японии, Филиппинах и ряде других  стран Америки.

2. PAL (англ. Phase-alternatingline — поэтапно-переменная линия) — система аналогового цветного телевидения, разработана инженером немецкой компании «Telefunken» Вальтером Брухом и представленная как стандарт телевизионного вещания в 1967 году.

Как и все аналоговые телевизионные стандарты, PAL является адаптированным и совместимым с  более старым монохромным (чёрно-белым) телевещанием. В адаптированных аналоговых стандартах цветного телевещания дополнительный сигнал цветности передается в конце  спектра монохромного телесигнала.

Как известно, любой  цвет, воспринимаемый зрением человека, можно составить из трёх других цветов. В случае цветного телевидения этими  цветами являются: красный (R), зелёный (G) и синий (B). Такую цветовую модель обозначают аббревиатурой RGB. Из-за преобладания в среднестатистической телевизионной  картинке зеленой составляющей цвета  и для избежания избыточного  кодирования, в качестве дополнительных сигналов цветности используют разности R-Y и B-Y (где Y — общая яркость монохромного телесигнала). В системе PAL используют цветовую модель YUV.

Оба дополнительных сигнала цветности в стандарте PAL передаются одновременно в квадратурной модуляции (разновидность AM), типичная частота поднесущей — 4433618,75 Гц (4,43 МГц). При этом «красный» цветоразностный  сигнал повторяют в следующей  строке с поворотом фазы на 180 градусов. Для устранения фазовой ошибки декодер PAL складывает текущую строку и предыдущую из памяти, благодаря чему полностью  устраняет фазовые ошибки (типичные для системы NTSC). При сложении двух сигналов взаимно уничтожаются «красные» цветоразностные компоненты, ведь их знак изменился. При вычитании двух сигналов взаимно уничтожаются «синие». Таким образом, на выходах сумматора-вычитателя получаются разделённые сигналы U и V, являющиеся масштабно изменёнными R-Y и B-Y.

В аналоговых телевизионных  приемниках для запоминания цветоразностного сигнала от предыдущей строки используется ультразвуковая линия задержки, в цифровых - оперативная память на строку.

Таким образом, в  отличии от NTSC в стандарте PAL при  использовании стандартного аналогового  декодера цветовое разрешение по вертикали  несколько ниже, чем разрешение монохромного изображения (из-за суммирования двух соседних строк по полю). С этим вполне можно смириться, так как разрешение по горизонтали в цвете также  меньше из-за уменьшения полосы пропускания. Субъективно, в силу большей чувствительности глаза к яркостной составляющей, на среднестатистических картинках  такое ухудшение почти не заметно. При этом надо понимать, что в  передаваемом сигнале цветовое разрешение по вертикали - полное, ухудшение разрешения происходит лишь в аналоговых декодерах PAL.

Применение цифровой обработки сигнала позволяет  восстанавливать как полное цветовое разрешение по вертикали, так и улучшает разделение яркость/цветность за счет использования гребенчатой (или  еще более сложной - так называемой 3D) фильтрации поднесущей.

Применение квадратурной модуляции является отличительной  особенностью PAL от стандарта SECAM, поворот  фазы «красного» сигнала по строкам  отличает его от NTSC, цветовая модель YUV отличает от всех аналоговых систем.

3. SÉCAM или SECAM (от фр. Séquentielcouleuravecmémoire, позднее Séquentielcouleur à mémoire — последовательный цвет с памятью; произносится [сека́м]) — система аналогового цветного телевидения, впервые применённая во Франции. Исторически, она является первым европейским стандартом цветного телевидения.

Как и все аналоговые телевизионные стандарты, SECAM является адаптированным и совместимым с  более старым монохромным (чёрно-белым) телевещанием. В адаптированных аналоговых стандартах цветного телевещания дополнительный сигнал цветности передается в высокочастотной  области спектра монохромного телесигнала.

Как известно из природы  зрения человека, ощущение цвета складывается из трех составляющих: красного (R), зеленого (G) и синего (B) цветов. Такую цветовую модель обозначают аббревиатурой RGB. На основе психофизиологических исследований было установлено, что разрешающая  способность человеческого зрения в разных цветах разная, к тому же, отсутствие цвета на мелких деталях  движущегося изображения почти  незаметно. Поэтому, а также, для  совместимости с чёрно-белым телевидением, вместо трёх сигналов основных цветов передаются монохромный сигнал Y и  цветоразностные сигналы R-Y и B-Y. В  системе SECAM используют цветовую модель YDbDr (разновидность YUV).

Сигнал цветности  в стандарте SECAM передается в частотной  модуляции (ЧМ), по одной цветовой составляющей в одной телевизионной строке, поочередно. В качестве недостающих  строк используют предыдущий сигнал R-Y или B-Y соответственно, получая его  из памяти. Так, когда передатчик передаёт только сигнал R-Y, служащий для воздействия  на красные люминофоры одной строки, память приводит в действие синие  люминофоры, передавая на них те же цветовые изменения, что были в предыдущей строке, когда принимался сигнал B-Y. Длительность запоминания равна времени передачи одной строки. Следовательно, в телевидении с разложением на 625 строк длительность запоминания составляет 64 мкс.

В аналоговых телевизионных  приемниках для реализации памяти используется линия задержки. Во время обратного  хода луча после каждой строки производится двойная коммутация, чтобы направить  приходящий сигнал на соответствующую  электронную пушку, а сигнал, выходящий  из линии задержки, направить на электронную пушку, которая непосредственно  получала прямой сигнал во время передачи предыдущей строки. Поскольку создание линии задержки, по которой проходил бы электрический сигнал затруднительно в силу слишком большого промежутка времени — 64 мкс, вместо электрических  сигналов используется ультразвук. Сигналы  с частотой, изменяющейся от нуля до 1,5 МГц, порождают на входе линии  задержки соответствующие механические колебания, которые на прохождение  затрачивают 64 мкс. Затем они вновь  преобразуются в электрические  сигналы. Линия задержки представляет собой стальной или стеклянный стержень. Электромеханическое преобразование основано на явлении пьезоэлектричества (возникновение колебаний в некоторых  кристаллах, таких как кварц или  титанат при приложении изменяющихся электрических напряжений и наоборот, возникновение электрических напряжений при колебании таких кристаллов). Т.о. в линии задержки к каждому  концу стального стержня прикреплен пьезоэлектрический кристалл. Установленный  на входе кристалл преобразует электрические  сигналы в механические колебания. Эти колебания распространяются вдоль стержня и через 64 мкс  достигают второго пьезоэлектрического  кристалла, где порождают электрические  сигналы той же формы, какие были приложены на вход.

Объективно, цветное  телевизионное изображение в  стандарте SECAM имеет в два раза меньшее разрешение по вертикали, чем  монохромное изображение. Субъективно, в силу большей чувствительности глаза к яркостной составляющей, на среднестатистических картинках  такое ухудшение почти не заметно. Применение цифровой обработки сигнала  еще больше сглаживает этот недостаток.

Применение частотной  модуляции, поочередной передачи цветового  сигнала и цветовой модели YDbDr является отличительной особенностью SECAM от других телевизионных аналоговых стандартов. То, что в SECAM, в отличие от систем PAL и NTSC, сигналы цветности передаются поочередно, модулируя поднесущую по частоте, позволяет сохранить цветовой фон изображения без изменений  при фазовых или амплитудных  искажениях.

Согласно всесторонним исследованиям, проведённым в 1965–66 г. г. в ОСЦТ-2 (Опытная станция  цветного телевидения) той и другой систем, при выборе лучшей для широкого внедрения её в СССР, ни одна из двух систем не показала решающих технических  или экономических преимуществ  перед другой[1]. Преимуществом системы SECAM была меньшая чувствительность к искажениям при передаче по междугородным  линиям и при видеозаписи; недостатком  — усложнение аппаратуры при микшировании сигналов.

Цифровые.

• DVB (англ. DigitalVideoBroadcasting) — семейство стандартов цифрового телевидения разработанных консорциумом DVB и стандартизированных Европейским институтом телекоммуникационных стандартов. Доступ к текстам большинства стандартов является открытым.

Стандарты охватывают все уровни модели взаимодействия открытых систем OSI с разной степенью детализации  для различных способов передачи цифрового сигнала: наземного (фиксированного и мобильного), спутникового, кабельного (как классического, так и IPTV). На более высоких уровнях OSI стандартизируются  системы условного доступа, способы  организации информации для передачи в среде IP, различные метаданные и др.

Некоторые стандарты DVB в высокой степени связаны  со стандартами MPEG1, MPEG2 и ITU H.264, которые  определяют тип используемого транспорта и способ компрессии изображений  в цифровом телевидении. В то же время  стандарты DVB предлагают расширения этих стандартов, особенно MPEG2.

Помимо стандартов ETSI на сайте консорциума DVB в свободном  доступе находятся так называемые «голубые книги» (bluebooks), которые содержат новшества в стандартах DVB, которые  еще не приняты ETSI и проходят стадию обсуждения.

Стандарты DVB, которые  приняты ETSI подразделяются на несколько  групп: EN — обязательные стандарты, TS — техническая спецификация (неполный предварительный стандарт), TR — рекомендация, необязательная для исполнения. Стандарты, в названии которых имеется слово guidelines (руководство), содержат развернутые  и подробные рекомендации и разъяснения, а кроме того, много полезной сопутствующей  информации.

Стандарты цифрового  телевидения DVB делятся на группы по сфере применения. Каждая группа имеет  сокращенное название с префиксом DVB-, например, DVB-DATA — группа стандартов, посвященная передаче данных по сетям  цифрового телевидения.

• ATSC (AdvancedTelevisionSystemsCommittee) - организация, разрабатывающая и утверждающая стандарты для передовых телевизионных систем, в том числе и HDTV. Наиболее широко стандарты ATSC распространены в США и Канаде.

Международная некоммерческая организация AdvancedTelevisionSystemsCommittee (ATSC) была образована в 1982г. с целью разработки новых стандартов телевидения. Именно эта группа специалистов разработала  стандарт цифрового вещания ATSC, который  теперь является основным на территории США, Канады, Мексики, Аргентины, Тайваня  и Южной Кореи.

ATSC-спецификации  включают в себя описание HDTV (HighDefinitionTeleVision), SDTV (StandardDefinitionTeleVision), EDTV (EnhancedDefinitionTeleVision), многоканальный звук, интерактивное  телевидение - в общем все те  форматы, в которых возможно  цифровое вещание. Набор стандартов ATSC был создан с целью замены NTSC-системы, используемой, главным  образом, в Северной Америке.  Максимальное качество изображения,  которое может предложить ATSC, соответствует  разрешению 1920x1080 при формате экрана 16:9 и сжатии с помощью MPEG2. Мало  того, качество трансляции приближается  к уровню кинотеатрального благодаря  тому, что многоканальный 5.1 звук  кодируется с помощью формата  DolbyDigital AC-3. В целом же спецификация ATSC несёт в себе описание восемнадцати  форматов вещания ТВ, причём шесть  из этих режимов относятся  к HDTV.

• ISDB (IntegratedServicesDigitalBroadcasting) - стандарт цифрового телевидения, разработанный в Японии. Он интегрирует в себя различные виды цифрового контента. Это может быть HDTV, SDTV, звук, графика, текст и т.д.

Японская организация  по стандартизации и распределению  радиочастот AssociationofRadioIndustriesandBusinesses (ARIB) разработала стандарты для передачи цифрового телевидения и радио  под единым названием IntegratedServicesDigitalBroadcasting (ISDB).